DE2004688C3

DE2004688C3 - Selbsttätige Steuerung für Plasma-Schweißeinrichtungen

Info

Publication number: DE2004688C3
Application number: DE2004688A
Authority: DE
Inventors: Hisashi Hishida; Masakazu Maruyama
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 1969-02-03
Filing date: 1970-02-03
Publication date: 1978-06-01
Also published as: DE2004688A1; DE2004688B2; CH507054A; US3602683A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine selbsttätige Steuerungseinrichtung zum Plasma-Bogenschweißen.

Einrichtungen zum Plasma-Bogenschweißen sind an sich bekannt und weisen einerseits eine Kathoden-Elektrode auf, die in einem Brenner angeordnet ist, und andererseits eine Anoden-Elektrode, welche von dem zu schweißenden Stück gebildet wird. Zwischen den beiden Elektroden liegt eine hohe Spannung, und ein Haupt- oder mittlerer Gasstrom eines Edelgases, z. B. Argon, und ein konzentrischer Schutzgasstrom, der aus einem inerten Gas, etwa aus Argon oder einem ähnlichen Gas besteht, werden vom Brenner auf das Schweißstück gerichtet. Der Hauptgasstrom wird durch die elektrische Energie zu einem schweißenden Plasma-Bogen aufgeheizt, der auf den Schweißlleck gerichtet ist. wie an sich bekannt ist. Anstelle des Edelgases kann auch Luft als Arbeitsgas für die Bildung des schweißenden Plasmas verwendet werden.

Ein Hauptvorteil der Plasma-Dcgenschweißung besteht darin, daß das Schmelzen des Schweißstückes mit erstaunlicher Schnelligkeit bewirkt wird, da das Plasma eine hohe Flammentemperatur aufweist. Dadurch wird eine bedeutende Beschleunigung des Schweißvorganges erreicht. Ein zweiter Vorteil der Plasma-Bogenschweißung besteht in der Möglichkeit, einen feinen konzentrierten Bogen zu bilden, der eine hohe Energiedichte aufweist und dadurch besonders geeignet ist, um Schweißungen mit hoher Genauigkeit auszuführen. Dabei werden im wesentlichen die zahlreichen bekannten Nachteile vermieden, die bei gewöhnlichem Elektroschweißen auftreten, wie seitliche Schrumpfung, Winkelverformung oder ähnliche Fehler im Schweißstück.

Der Hauptzweck der Erfindung besteht in der Schaffung einer selbsttätigen Steuerungseinrichtung für Plasma-Bogenschweißeinrichtungen der hier erwähnten ArL Derartige Einrichtungen sollen geeignet sein, höchst empfindlich auf die Schweißbedingungen anzusprechen, die jeweils auftreten, insbesondere bei der Schweißung von schweren Stücken.

Es ist bereits festgestellt worden, daß die physikalischen Eigenschaften des Loches, welches durch das Schweißstück mittels der Plasma-Flamme während des Schweißvorganges gebohrt wird, einen merklichen Einfluß auf die Ergebnisse des Schweißvorganges haben. Die günstigste Bildung des Loches hängt von verschiedenen Parametern ab, etwa der relativen Wanderungsgeschwindigkeit des Brenners, der Fließgeschwindigkeit des Plasma-Gasstromes, dem Bogen-Strom, der Dicke des Schweißstückes usw.

Während des Schweißens dringt das Plasma zur Bildung eines Loches durch das Schweißstück hindurch. Am Ausgang des Loches wird das Austreten eines Flammenschweifes beobachtet. Es ist bereits vorgeschlagen worden, die Leuchtstärke eines solchen Flammenschweifes als Maß für die Steuerung der Brenner-Vorschubgeschwindigkeit gegenüber dem Schweißstück zu messen, um dadurch zu den günstigsten Schweißbedingungen zu gelangen. Die Leuchtfähigkeit des P^smas hängt jedoch von einer Reihe verschiedener anderer Bedingungen ab, die gelegentlich schwanken und nicht gesteuert werden können. Daher hängt das abgegebene Signal nur unbestimmt von den zu steuernden Schweißbedingungen ab, so daß eine Steuerung nicht möglich ist.

Die Erfindung beruht auf der Entdeckung, daß der Neigungswinkel des Plasma-Flammenschweifes als alleiniger Parameter für die Steuerung der Brenner-Vorschubgeschwindigkeit oder ähnlicher Schweiß-Parameter verwendet werden kann. Als zu steuernder Parameter können die relative Vorschub-Geschwindigkeit des Plasma-Brenners, die Zufuhr-Geschwindigkeit des Plasma-Gasstromes, der Bogenstrom oder ähnliche Faktoren genommen werden, obwohl die Erfindung nicht· darauf beschränkt ist.

Entsprechend dieser Entdeckung besteht die Erfindung in einer selbsttätigen Steuerungseinrichtung zum Plasma-Bogenschweißen, die dadurch gekennzeichnet ist, dlaß eine Photo-Abtastvorrichtung zur einheitlichen Bewtjnmg mit einem Plasma-Brenner gegenüber einem Schweibstück angeordnet ist, um den Neigungswinkel des Flammenschweifes des Schweiß-Plasmas zu messen und ein elektrisches Signal abzugeben, das einer Schweiß-Parameter-Steuerungseinrichtung zugeführt

wird, welche elektrisch mit der Meßeinrichtung verbunden ist

Weitere Vorzüge und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise erläutert und dargestellt sind. Es zeigt

F i g. I eine teilweise im Schnitt gezeigte schematische Darstellung einer Plasma-Bogenschweißeinrichtung, die mit einer selbsttätigen Steuerung nach der Erfindung ausgestattet ist,

Fig.2 bis 5 vereinfacht dargestellte Ansichten zur Veranschaulichung des Neigungswinkels des Flammenendteils, den ein Plasma-Schweißbrenner gegenüber einem Schweißstück erzeugt,

F i g. 6 einen Längsschnitt durch eine Photo-Abtastvorrichtung, die ein Paar Photozellen enthält und zur Messung des Neigungswinkels des Endes der Plasma-Flamme dient,

F i g. 7 ein SchaJtungsdiagramm eines elektrischen Steuerkreises, der in der selbsttätigen Steuerungseinrichtung nach der Erfindung verwendet wird,

Fig.8 zwei graphische Darstellungen zur Veranschaulichung der Funktion eines Pulsgenerators, der als Teil des in F i g. 7 dargestellten Kreises zur Steuerung der Vorschubgeschwindigkeit eines Schweißbrenners gegenüber einem Schweißstück verwendet wird

Fig.9 eine vereinfachte Schnittdarstellung einer Steuerventilanordnung zur Steuerung der Fließgeschwindigkeit des Plasma-Gasstromes und

Fig. 10 ein Verdrahtungsbild eines abgewandelten Steuerkreises zur Steuerung des Schweißstromes anstelle der Brenner-Vorschub-Geschwindigkeit.

Zunächst werden anhand der F i g. 1 bis 5 die Grundgedanken der Erfindung in einer ziemlich vereinfachten Form dargestellt.

Nach Fig. 1 ist eine Plasma-Brennereinheit 10 üblicher Bauart vorgesehen, die fest am freien Ende eines starren Haltearmes 11 angeordnet ist, den ein mit Rädern versehener Wagen 12 trägt, der entlang Führungsschienen 13 bewegbar ist, die nur zum Teil dargestellt sind.

Der Wagen 12 ist mit Rädern 119 versehen, die auf den Führungsschienen 13 laufen und durch ein nicht dargestelltes Untersetzungsgetriebe mechanisch mit ^₅ einem Gleichstrom-Antriebsmotor 45 gekuppelt sind. Die mechanische Kupplung ist nur in einer vereinfachten Weise durch eine punktierte Linie 116 angedeutet.

Die Brennereinheit 10 weist in üblicher Form eine Wolfram-Kathode 14 auf, die elektrisch durch eine Leitung 18 mit der negativen Seite einer Gleichstrom-Hochspannungsquelle 15 verbunden ist.

Die Einheit 10 ist mit einer Gaskammer 10a ausgebildet, die durch eine nur vereinfacht als punktierte Linie dargestellte Leitung iOb mit einer Zufuhrleitung 16 verbunden ist, die ihrerseits an einen nicht dargestellten Argon Gasvorrat zur Zufuhr von Plasma-Bogengas angeschlossen ist, wie noch nachstehend erläutert wird. Das Bogengas kann Argon, Krypton, Xenon oder eine Mischung dieser Edelgase oder statt dessen Luft sein. Ein inertes Schutzgas, etwa Argon, wird von einem nicht dargestellten Behälter durch eine gesonderte Zufuhrleitung 17 und einen Kanal 57, der nur durch eine punktierte Linie dargestellt ist, einer HilfsÖffnung 20 zugeführt, die in der Bodenwand der Brennereinheit 10 und um eine Hauptöffnung 49 herum ausgebildet ist, welche ebenfalls durch die Bodenwand gebohrt ist.

Unter dem bewegbaren Brenner 10 ist ein feststehendes Schweißstück 29 angeordnet, das nur vereinfacht und teilweise dargestellt ist Dieses Stück ist elektrisch durch eine Leitung 21 mit der positiven Seite der Spaunungsquelle 15 verbunden, so daß das Stück als eine Anoden-Elektrode dient Der Innendurchmesser der Hauptöffnung 49 wird z. B. mit zwei Millimetern gewählt. Der Abstand zwischen der Bodenfläche der Einheit 10 und dem Schweißstück 29 beträgt z. B. 7 Millimeter. Innerhalb der Einheit 10 ist eine Kühlwasserkammer 22 ausgebildet, die mit einem Wassereinlaßrohr 23 und einem Auslaßrohr 24 für die Umwälzung des Kühlmittels verbunden ist

Unter dem Stück 29 und einige Millimeter davon getrennt ist eine photoelektrische Winkelmeßeinrichtung 25 angeordnet die ein Paar photoelektrischer Zellen 25a und 256 enthält siehe auch Fig.6. Diese Zellen sind elektrisch durch Leitungen 26-29 mit einem elektronischen Komparator 30 verbunden, der in F i g. 1 nur durch ein Rechteck und ausführlich in F i g. 7 dargestellt ist. Der Ausgang des Komparator 30 ist durch Leitung 32 und 33 mit einem üblichen Verstärker 31 verbunden, der in Fig. 1 vereinfacht durch einen Block und in Fig.7 im einzelnen dargestellt ist. Der Ausgang des Verstärkers 31 ist elektrisch durch eine Leitung 34 .nit dem Steuerkreis 35 für den Läuferstrom verbunden. Dieser Kreis ist ebenfalls in F i g. 7 ausführlich dargestellt und dient zur Steuerung der Drehgeschwindigkeit des Motors 45 und damit der Geschwindigkeit des Wagens 12 und der Brennereinheit 10, die in diesem Fall von rechts nach links in der F i g. 1 läuft, wie durch einen Pfeil 36 angedeutet wird.

Wahlweise oder zusätzlich kann der Ausgang des Verstärkers 31 durch die Leitungen 34, 56 mit einem Bogenstrom-Steuerkreis 37 oder durch die Leitungen 34, 38 mit einem Steuerkreis 39 für die Fließgeschwindigkeit des Plasma-Gases verbunden sein, wie noch erläutert wird.

Das Schweißstück 29 besteht aus zwei aneinander anstoßenden Platten 29a und 29b, siehe F i g. 2 bis 5.

In Fig. 2 ist vereinfacht der übliche Vorgang einer Plasma-Bogenschweißung dargestellt Der Plasma-Bogen 40 tritt aus dem unteren Ende der Brennereinheit 10 aus und ist auf das Schweißstück 29 gegen einen Schweißpunkt gerichtet, der sich entlang der Fuge bewegt, die zwischen den aneinanderstoßenden Schweißstückteilen 29a und 29b ausgebildet ist, wobei der Bogen durch das Stück 29 hindurchdringt und ein Loch 41 mit rückwärts gerichteter Neigung ausbildet, bezogen auf die Vorbewegung der Einheit 10 in der durch den Pfeil 36' angedeuteten Richtung. Der Flammenschweif oder das Flammenende ist mit dem Bezugszeichen 42 versehen und bildet einen nach hinten gerichteten Neigungswinkel θο-

Wenn der Wagen 12 und die Brennereinheit 10 mit einer Geschwindigkeit laufen, die viel kleiner als diejenige ist, die für die in Fig.2 dargestellten günstigsten Schweißbedingungen vorzusehen ist, wird der Neigungswinkel des Flamnienendes 42 auf einen größeren Wert θι ansteigen, siehe F i g. 3. In diesem Fall wird häufig ein Ausblasen von Material des Stückes 29 auftreten, ohne daß die gewünschte Schweißwirkung err"icht wird. Der Winkel θι nähen sich merklich einem rechten Winkel.

Bei einer merklich größeren Vorschubgeschwindigkeit der von dem Wagen 12 geführten Brennereinheit 10 erhält der Neigungswinkel einen kleineren Wert, etwa Θ2, wie vereinfacht in F i g. 4 gezeigt ist.

In diesem Fall wird die Zeitspanne, die für das Schmelzen des Schweißmaterials zur Verfügung steht, kürzer als die richtig bemessene. Unter Umständen wird kein richtig geformtes Schlüsselloch erzeugt.

Aus diesen Ausführungen ergibt sich, daß zwischen den verschiedenen Winkelwerten die folgende Beziehung besteht:

Θ₂<θο<θ,

In F i g. 5 sind die vorstehend erläuterten verschiedenen Arbeitsweisen und die entsprechenden Winkel der Flammenenden zusammen dargestellt. In dieser Figur sind die photoelektrischen Zellen 25a und 256 so angeordnet, daß nur die Zelle 25a das Licht wahrnimmt, das vom Plasma-Flammenende kommt und einen Neigungswinkel θο hat, was den günstigsten Arbeitsbedingungen entspricht. Die Zelle 25a ist derart angeordnet, daß sie das Licht wahrnimmt, das von dem Flammenende mit einem Neigungswinkel θι abgegeben wird. Dieser Winkel genügt der folgenden Beziehung:

Θ₀<θ,<90⁰

und entspricht einer ungünstigen Schweißbedingung, bei welcher die relative Vorschubgeschwindigkeit des Brenners geringer als der genaue Wert ist.

Die Photozellen 25a und 25b sind in fester Lagebeziehung zueinander und werden synchron zur Bewegung der Brennereinheit 10 bewegt. Zu diesem Zweck sind die Zellen 25a und 25b starr an einem Haltearm angeordnet, der dem Arm 11 in F i g. 1 entspricht, aber im einzelnen nicht dargestellt ist, und vom Wagen 12 gehalten wird, wie durch die punktierte Linie 26a angedeutet wird.

Das elektrische Ausgangssignd von beiden Photozellen 25a und 25i> wird über den Verstärker 31 dem Steuerkreis 35 zugeführt. Wie noch in Verbindung mit Fig.7 ausführlich erläutert wird, arbeitet der Steuerkreis 35, wenn das erste Element 25a das Licht von dem Flammenende wahrnimmt, in einer solchen Weise, daß die Vorschubgeschwindigkeit der Brennereinheit 10 erhöht wird. Andererseits wird die Steuerung, wenn das zweite Element 25b das Licht von dem Flammenende wahrnimmt, in entgegengesetztem Sinn ausgeführt, d. h., daß die Vorschubgeschwindigkeit des Brenners verringert wird.

Die mit Photozellen arbeitende Winkelmeßeinrichtung 25 ist in Fig.6 im einzelnen dargestellt. Diese Einheit 25 weist das bereits erwähnte Paar photoelektrischer Zellen auf. In einer praktischen Ausführungsform haben diese Zellen die Form von Phototransistoren, die in einer Halterung 44 befestigt sind, die mit zwei parallel zueinander liegenden Lichtstrahl-Führungswegen 46 und 47 ausgebildet ist Die Halterung 44 ist mit einem Deckel 48, einem Hauptgehäuse 50 und einer Bodenklappe 51 versehen.

Die Deckelklappe 48 ist mit einem Paar Lichtstrahl-Einlaßöffnungen 53 und 54 ausgebildet, die senkrecht in Flucht mit den Kanälen 46 und 47 liegen, wobei ein Filterstück 52 dazwischengesetzt und auf das mit Gewinde versehene obere Ende 44a durch die Kappe 48 festgeschraubt ist Zwischen dem Hauptgehäuse 50 und der Halterung 44 ist eine Kühlkammer 55 ausgebildet, um irgendeine mögliche Beschädigung der Einheit 25 durch Strahlungswärme vom Plasma-Bogen zu verhindern. Zu diesem Zweck ist das Hauptgehäuse 50 mit einem Kühlmitteleinlaß 56 und einem Auslaß 58 versehen. Die Bodenkappe 51 ist mit einer Öffnung 60 versehen, durch die die Leitungen 26—29 von den Phototransistoren 25a und 25b hinausgehen.

Es könnte denkbar sein, daß eine Zwischenlage auftritt, in welcher die Lichtstrahlen vom Flammenende zu den Eingängen beider Phototransistoren gelangen. Dies ist praktisch jedoch nicht möglich, da die Winkelmeßeinheit 25 sehr richtungsempfindlich ist. Dies wird dadurch erreicht, daß die Lichtzuführung über die Lichteinlaßöffnungen 53, 54, den Lichtfilter 52 und die Lichtstrahlführungswege 46, 47 eine größere Menge aufweist, die sich als sehr wirksam erweist. Falls eine Zwischenstellung auftritt, wird auf den Steuerkreis praktisch keine Wirkung ausgeübt, wie noch erläutert wird. Der Durchmesser jedes Phototransistors beträgt allgemein etwa 2,5 mm. Der Zwischenabstand zwischen beiden ist allgemein auf etwa 0,5 mm eingestellt, obwohl nach F i g. 6 der Eindruck entsteht, als ob sie in seitlicher Berührung miteinander stehen. Diese Abmessungen können natürlich entsprechend der Dicke des Schweißstückes, der Brennervorschubgeschwindigkeit, der Größe des Plasma-Bogens und anderer verschiedener Schweißumstände abgewandelt werden. Da der Durchmesser des Plasmas allgemein etwa 2 mm beträgt und die Lücke zwischen den beiden Phototransistoren mit wesentlich geringerer Größe, nämlich etwa 03 mm, gewählt wird, besteht in der Praxis keine Gefahr, daß ein Lichtstrahl vom Flammenende nicht die Lichteinlässe der beiden Transistoren erreicht

Nachfolgend werden mit Bezug auf Fig.7 die elektronischen und elektrischen Schaltungsmittel erläutert, die in der erfindungsgemäßen selbsttätigen Steuerung verwendet werden.

In dieser Figur ist die photoelektrische Winkelmeßeinrichtung kurz als Winkelmesser bezeichnet und enthält Phototransistoren 25a und 25b, die vom Typ FPT 100 sein können (General Motor Company Norm), die auch in gleicher Weise auf die anderen Hauptschaltungsbestandteile angewendet werden kann. Die Empfindlichkeit des ersten Transistors 25a wird jedoch höher als die des zweiten Transistors 25b gewählt, vorzugsweise z.B. im Verhältnis von 2:1. Zwei Rückführleitungen 27, 28 von beiden Phototransistoren sind mit einem Anschlußpunkt 62 verbunden, von dem eine gemeinsame Leitung 63 über einen Widerstand R1 auf einen weiteren Verbindungspunkt 64 führt

Die Leitung 26 ist elektrisch mit einer Reihe von vier Transistoren TRX (Type 2N217), TR2 (Type 2N217), TR 3 (Type 2N223) und TA 4 (Type 2N223) verbunden. Der Transistor 77? 1 hat dieselbe Charakteristik wie der Phototransistor 25a und ist im Kreis so angeschlossen, daß er den Dunkelstrom ausgleicht und für die erforderliche Temperatürkompensation sorgt

Die Transistoren 77? 2 und TR 3 sind so angeordnet daß sie eine Verstärkung des Ausgangssignals vom ersten Phototransistor 25a bewirken. Der Transistor TR 4 der letzten Stufe dient zur erforderlichen Temperaturkompensation der vorhergehenden Verstärkertransistoren 77? 2 und 77? 3.

Die Leitung 29 vom zweiten Phototransistor 25b ist gleichfalls mit einer Reihe von vier Transistoren 77? 5, 77? 6, 77? 7 und 77? 8 verbunden. Die Typen und Anordnungen dieser Transistoren entsprechen den bereits erwähnten Transistoren 77?! bis 77? 4, deren Arbeitszustände durch die verschiedenen Widerstand« R 2—RS gesteuert werden. In gleicher Weise ist die Reihe der Transistoren 77? 5 - 77? 8 in ihrem Arbeitszustand durch die Widerstände R7-RÜ bestimmt

Der Ausgang aus der vom Transistor 77? 4 gebildeten Endstufe des oberen Verstärkerabschnittes wird übei

eine Leitung 67, die keinen Widerstand enthält, mit einem Verzweigungspunkt 68 verbunden. Der Ausgang der vom Transistor TRS gebildeten Endstufe ist mit demselben Punkt 68 über eine Leitung 66 verbunden, die jedoch einen Widerstand R 12 enthält, für den in diesem _s Beispiel 400 Ohm gewählt worden ist. Daraus ergibt sich, daß das Ausgangssignal vom ersten Phototransistor 25a leichter zum Ausgangspunkt 68 als in diesem Fall das Ausgangssignal vom zweiten Phototransistor 25i>gelangen kann. _|0

Die Ausgangsspannung von dem bisher beschriebenen Verstärkerteil des Komparators wird über einen Festwiderstand R 13 und einen einstellbaren Widerstand R14 einem Kondensator CI zugeführt, der dadurch aufgeladen wird. Wenn die Ladungsspannung ,, einen bestimmten Wert Vp erreicht, siehe F i g. 8, der durch die Kennlinien eines Unijunction-Transistors TR 9 bestimmt ist, wird der Kondensator CI entladen, usw., wie bei A in F i g. 8 dargestellt ist. Der Ausgang des Unijunction-^Xransistors 77? 9 wird einem Transformator 7~1 zugeführt, und eine entsprechende Reihe Impulse wird von dort aus durch die Leitungen 69, 70 und 71 einer Gleichrichterbrückenschaltung DR 2 zugeleitet.

Die Oszillator-Anordnung sowie deren Arbeitsweise _2<i oder der Impulsgenerator, der in diesem Fall die Elemente R 13, R 14, Cl, 77?9 und T\ sowie einen weiteren Widerstand R 15 enthält, sind an sich bekannt, so daß keine weiteren Erläuterungen für das Verständnis der Erfindung hier erforderlich sind. _J0

Es ist jedoch zu beobachten, daß die Ladungszeit des Kondensators Cl von den Ausgängen des ersten und des zweiten Phototransistors 25a und 256 abhängt, wobei der Ausgang des ersten stärker als der des zweiten ist.

Für den schematisch bei 30 in Fig. 1 dargestellten Komparator, der den vorstehend beschriebenen Verstärker und Oszillator enthält, ist eine Gleichstromquelle vorgesehen, siehe Fig.7. Diese Gleichstromquelle enthält einen Transformator T2, der durch die Leitungen 74 und 75 mit einer Wechselstromquelle verbunden ist, die 100 Volt liefert.

Der Strom von der Sekundärwindungsseite, der z. B. 12 Volt hat, wird einer Gleichrichterbrücke DR 3 zugeführt, von der eine Ausgangsleitung 76 über mehrere Anschlußpunkte 73, 72, 65 und 64 bis zum ersten Anschlußpunkt 62 sich erstreckt, um Strom den erforderlichen Zufuhrpunkten im dargestellten Vergleicher zuzuführen. Die Gleichstromquelle enthält mehrere übliche Schaltungsbestandteile, wie einen Festwiderstand R 16, einen Kondensator C2 und eine Diode D 1, um die Welligkeit oder den Brumm 7u beseitigen und für ähnliche Zwecke, wie üblich ist.

Die Wechselstromquelle ist durch Leitungen 77 und 78 mit einer Gleichrichterbrücke DR1 verbunden, welche, obwohl im einzelnen nicht dargestellt, vier Dioden A\5B enthält. Der Ausgang der Brücke ist über einen einstellbaren Widerstand R 17 mit der Statorwindung 45a des Antriebsmotors 45 verbunden, um diesen zu betreiben. Die Widerstände R 18 und Λ 17 sind für ^ die anfängliche Einstellung der Feldspule 45a vorgesehen. Parallel zu dieser sind ein einstellbarer Widerstand R 19 und eine Spule L 1 vorgesehen, die als Einstellmittel zur Steuerung der Vorspannung eines magnetischen Verstärkers 100, Fig.7, dienen, der nachstehend _(lS ausführlicher beschrieben wird.

Die 100-Volt-Wechselspannung wird von der Wechselstromquelle durch die Leitungen 77, 78 der Primärwindung 11 eines Transformators Ti zugeführt. Die induzierte Sekundärspannung wird einer Gleichrichterbrücke DR 2 zugeführt, die vier Dioden enthält, nämlich zwei Dioden A 155 und zwei Dioden CWA. Der Ausgang aus dieser Gleichrichterbrücke wird durch die I mpulsreihe gesteuert, die von dem den Transformator 7~1 enthaltenden Pulsgenerator über die Leitungen 69-71 zugeführt wird. Der im Ausgang enthaltene Brumm wird mittels eines Kondensators C3 unterdrückt, der zusammen mit dem Festwiderstand R 19a und den Dioden D2 und D3 in einem Kreis liegt. In diesen Kreis ist die maximale Spannung V_max, siehe Fig. 7, auf einen bestimmten festen Wert eingestellt, wie etwa 80 Volt.

Der Ausgang von diesem Kreis mit konstanter Höchstspannung wird einer Steuerwindung L 2 zugeführt, die magnetisch mit den Arbeitsw:^düngen AW2 und AWi eines selbsterregenden Magnetverstärker gekoppelt ist, der außerdem eine Gleichrichterbrücke DR 4 mit vier Dioden (pH25C22 der Firma Siemens) enthält. Daher wird einer Steuerwindurig 45fr des Antriebsmotors 45 ein gesteuerter Strom zugeführt. Die Schaltungselemente D 4, /?20 und R 21 sind in der dargestellten Weise angeschlossen.

Sollten beide Phototransistoren 25a und 256 Licht von dem Flammenende empfangen, wird der erste 25a vorherrschend ansprechen, wie erwähnt wurde, so daß deshalb die Wirkung des zweiten Phototransistors ohne Vorbehalt vernachlässigt werden kann.

Wenn der erste Phototransistor 25a erregt wird, wird eine dichtere Impulsreihe vom Transformator 71 über die Leitungen 69-71 zur Brücke DR 2 abgegeben. Auf diese Weise wird ein verstärkter Steuerstrom der Steuerwindung L 2 und ein entsprechend erhöhter Antriebsstrom vom Magnetverstärker 100 der Steuerwicklung 45Λ zugeführt. Damit wird die Antriebsmotordrehzahl und deshalb auch die Vorschubgeschwindigkeit der Brennereinheit 10 gegenüber dem Werkstück 20 entsprechend erhöht.

Andererseits wird, wenn der zweite Phototransistor 25f> erregt wird, eine Reihe von Impulsen mit rauherer Steigung dem Gleichrichter DR 2 zugeführt, so daß der Antriebsstrom für den Motor 45 entsprechend einer Verzögerung der Vorschubgeschwindigkeil: der Brennereinheit 10 verringert wird.

Diese Anordnung kann so abgewandelt werden, daß das Schweißstück 29 anstelle der Brennereinheit 10 weiter bewegt wird. Diese Ausführungsform ist in F i g. 9 dargestellt.

Die Steuerung ist in der Weise abgewandelt, daß die Zufuhrgeschwindigkeit des Plasma-Gases zur Brennereinheit 10 anstelle der Vorschubgeschwindigkeit des Wagens 12 durch den Ausgang eines der beiden Phototransistoren 25a und 25£> gesteuert wird.

Zu diesem Zweck ist eine Steuerspule L 2' am Ausgangsteil des in F i g. 7 in punktierter Linie dargestellten Verstärkerabschnittes vorgesehen und auf einer Steuerstange 80 innerhalb eines Gehäuses 85a angeordnet Die Stange 80 ist ihrerseits schwenkfähig an einem Mittelpunkt zwischen ihren beiden Enden auf der Spitze einer üblichen elastischen Halterung 81 angeordnet Das eine Ende der Stange 30 wird in ausgewogener Stellung, wie dargestellt, durch ein Paar Ausgleichsfedern 82 und 83 gehalten. Ein Paar stationärer Magnete 84 und 85 sind innerhalb des Gehäuses 85a angeordnet, das eine Steuerventileinheit 86 für den Gasfluß enthält. Die Ventileinheit 86 ist mit einer Gaskammer 87 ausgebildet, in die sich das freie

Ende 80a der schwenkfähigen Steuerstange 80 erstreckt, so daß sie mit einer von den gedrosselten Steueröffnungen 88 und 89 zusammenwirkt, die in der Gaskammer einander gegenüberliegen und ein kleines Stück voneinander entfernt sind. Die erste Steueröffnung ist durch eine Zufuhrleitung 90 mit einem Vorrat des Plasna-Gases oder -Gasgemisches verbunden. Die zweite Steueröffnung 89 ist strömungsmäßig durch die Zufuhrleitung 16 mit der Plasma-Brennereinheit 10 verbunden. Die Stange 80 wird durch ein Paar elastischer Dichtungen 91 und 92 am Austritt der Gaskammer abgedichtet.

Je nach Erregung eines der beiden Phototransistoren 25a und 256 wird eine höhere oder niedrigere Steuerspannung der Sieuerwickiung Ll' zugeführt. Dadurch wird die Zufuhrgeschwindigkeit des Plasma-Gases von dem Vorratsbehälter durch die Zufuhrleitung 16 je nach Erfordernis gesteuert.

Zur Steuerung des Schweißstromes wird die Schaltungsanordnung nach F i g. 10 benutzt.

Die Steuerimpulsreihe wird über die Leitungen

10

69-71 einer Gleichrichterbrücke DR 5 zugeführt, wie einen ähnlichen Bau und eine ähnliche Anordnung wie die Brücke DR 2 in F i g. 7 aufweist. Wechselstrom wird von einer der drei Phasenwicklungen LIl, und L 12 und /.13 der Primärwindung Φ ill eines Transformators Γ 4 zugeführt, und der in der Sekundärwindung 112 des Transformators Γ4 induzierte Strom wird der Gleichrichterbrücke DR 5 zugeleitet. Der Ausgang von der Brücke DR 5 geht durch einen einstellbaren Widerstand R 22 auf eine Steuer-Wicklung L 2", die das Steuerglied eines Magnetverstärkers 100' ist, der für arei Phasen eingerichtet ist. Die Windungen L14- L16 sind elektromagnetisch mit den drei Primärwindungen L 11 - L 13 gekoppelt. Zur Steuerung des Bogenstromes werden die induzierten Ströme durch entsprechende Leitungen 1, II und III entsprechenden Komponentengruppen Γ, 1Γ und 111' zugeleitet und nach Durchgang durch eine Mehrzahl von Gleichrichterdioden 120-140 und eine Bogenstabilisierungseinheit 141 der Brennereinheit 10 zugeführt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Steuern eines Plasma-Bogenschweißvorganges, dadurch gekennzeichnet, daß der Austrittswinkel des Flammenendes an der Unterseite des Werkstückes gemessen und mit einem Soll-Wert verglichen und ein den Schweißvorgang beeinflussender Parameter der Abweichung vom Soll-Wert entsprechend verändert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Relativbewegung zwischen Brenner und Werkstück aufgrund der Winkelmessung gesteuert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhrgeschwindigkeit des Plasma-Gases aufgrund der Winkelmessung gesteuert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißstrom aufgrund der Winkelmessung gesteuert wird.

5. Selbsttätige Steuerungseinrichtung für das Plasma-Bogenschweißen, dadurch gekennzeichnet, daß eine photoelektrische Abtasteinrichtung (25) zur einheitlichen Bewegung mit einem Plasma-Brenner _2J (10) gegenüber einem Schweißstück (29) angeordnet ist und aufgrund des festgestellten Neigungswinkels des Flammenendes des Schweißplasmas ein Signal erzeugt, das einer elektrisch an die Abtasteinrichtung angeschlossenen Steuereinrichtung (30, 31) zugeführt wird.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die photoelektrische Abtasteinrichtung (25) ein Paar parallel zueinander angeordneter Phototransistoren (25a, 25£>,)enthält.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Phototransistor an einen Verstärkungskanal angeschlossen und die Verstärkung des einen Kanals größer als die des anderen ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 6 unt 7, dadurch gekennzeichnet, daß die parallel nebeneinander angeordneten Photoi.ransistoren (25a, 25b) am Ende von Lichtzuführungskanälen (46, 47) liegen, deren Länge groß im Verhältnis zu ihrem Durchmesser ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die photoelektrische Abtasteinrichtung (25) von einer Kühlkammer (55) umgeben ist.